Nghiên cứu về sử dụng các bộ điều khiển hiện đại
Từ năm 2003 đến năm 2009, có thể quan tâm đến một số nghiên cứu điển hình sau:
(1). Trong nghiên cứu được công bố gần đây nhất (2009) [26], Chen và cộng sự đề xuất thay thế bộ điều khiển PID truyền thống bằng độ điều khiển PID tự điều hướng mờ (self-tuning fuzzy PID - type controller), nhằm giải quyết vấn đề rung động không cân bằng trong hệ thống ổ đỡ từ tích cực. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc giảm rung động cho hệ thống ổ đỡ từ tích cực cũng như giảm dịch chuyển của trục rotor.
(2). Trong một công trình công bố năm 2008 [27], B. Lu và cộng sự đã tiến hành thí nghiệm sử dụng phương pháp điều khiển thay đổi tham số tuyến tính cho hệ thống ổ đỡ từ tích cực. Mô hình các thông số không ổn định được xác định nhờ mạng nơron nhân tạo. Một hàm trọng số không ổn định được gần đúng hóa phục vụ cho việc điều khiển LPV. Các thí nghiệm được tiến hành để kiểm chứng tính bền vững của các hệ điều khiển LPV làm việc với dải tốc độ quay khá rộng. Cách điều khiển này loại bỏ được đòi hỏi về tuyến tính mở rộng (gain scheduling), đồng thời cho thấy kết quả tốt hơn so với điều khiển PID truyền thống ở tốc độ cao.
(3). Cũng trong năm 2008 [28], Z. Gosiewski và A. Mystkowski công bố nghiên cứu điều khiển bền vững ổ đỡ từ đơn cực. Hệ điều khiển bền vững của rung động rotor cứng được thiết kế và kiểm chứng bằng thí nghiệm. Một bộ xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor) được sử dụng để thực thi giải thuật điều khiển. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu quả của hệ điều khiển cũng như tính bền vững của bộ điều khiển được thiết kế.
(4). Trong một nghiên cứu khác, T.M. Lim và D. Zhang (2008) [29] phát triển hệ thống điều khiển lai, kết hợp PID và điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu (RMRAC) để điều khiển lực nâng của động cơ không dùng ổ. Công trình này khai thác quan hệ Lorentz để sản sinh cả lực nâng roto và momen quay. Kết quả thí nghiệm cho thấy đáp ứng động học của mô hình mới tốt hơn hệ điều khiển PID truyền thống. Hướng nghiên cứu khai thác lực Lorentz cũng đã được H.Y- Kim và C-W. Lee đặt ra trong công trình công bố năm 2006 [30] thiết kế mới
ổ đỡ từ và hệ thống điều khiển tích hợp dựa trên nguyên lý lực Lorentz và Maxwell. Hệ thống điều khiển tối ưu và giải thuật điều khiển Feed - Forward đã được sử dụng trong mô hình thí nghiệm này. Kết quả cho thấy tính khả thi của thiết kế mới.
(5). I.S.Cade và cộng sự (2007) [31] đề xuất một phương pháp mới để dự đoán biên độ dao động ở trạng thái ổn định từ các đáp ứng quá độ đo được tại các kênh vào, kênh ra của hệ thống ổ đỡ từ rotor mềm. Kỹ thuật này dựa trên phân tích hệ số Wavelet nhiều cấp và động lực học quá độ hệ thống. Một bộ điều khiển được thiết lập trong hệ tọa độ hệ số wavelet, các lực điều khiển được xác định từ các hệ số Wavelet phản hồi tỷ lệ. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự điều hướng dao động quá độ có thể được cải thiện.
(6). Năm 2004 [32], M.O.T. Cole và các cộng sự đã đề xuất thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ ổ đỡ từ, trong đó tích hợp các phương pháp điều khiển kháng lỗi (fault-tolerant). Kết quả thí nghiệm thu được trên hệ ổ đỡ từ- rotor mềm cho thấy hiệu quả của hệ thống điều khiển này. Một giải thuật điều khiển rung động thích nghi nhằm tối thiểu hóa các thao tác đo rung động bằng cách điều chỉnh biên độ và pha của tín hiệu đồng bộ đi vào điểm nút cộng của vòng lặp điều khiển phản hồi cũng đã được J. Shi và các cộng sự phát triển và công bố trong năm này [33].
(7). Năm 2003 [34], J.Y. Hung và cộng sự đã thiết kế hệ điều khiển phi tuyến cho ổ đỡ từ, sử dụng kết hợp các khái niệm tuyến tính hóa phản hồi (feedback linearization) và lùi theo bước (backstep), triển khai với bộ xử lý tín hiệu số dấu chấm động (floating point). Kết quả cho thấy đáp ứng phản hồi vòng kín (closed- loop response) dễ dàng tinh chỉnh hơn và bộ phản hồi sử dụng dòng điện nhỏ hơn các bộ điều khiển tuyến tính. Trong khi đó, M. Golob và B. Tovornik (2003) [35] ứng dụng bộ điều khiển lôgic mờ cho một hệ thống từ treo đơn giản. Bộ điều khiển phân tách PID mờ bao gồm các phần tỷ lệ, tích phân, vi phân riêng biệt và được tinh chỉnh một cách độc lập. Kiểm nghiệm cho thấy bộ điều khiển mờ PID phân tách thực thi tốt hơn bộ điều khiển PID tuyến tính truyền thống.
Từ những phân tích ở trên cho thấy có thể ứng dụng các phương pháp điều khiển hiện đại để điều khiển ổ đỡ từ nhằm mang lại những kết quả đáng mong đợi. Có nhiều phương pháp điều khiển phi tuyến đã được đề xuất theo các tài liệu [26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35]. Nếu coi ổ đỡ từ là đối tượng điều khiển thì bản thân nó là phần tử động học không ổn định và mang tính phi tuyến cao. Khi xét hệ truyền động điện sử dụng động cơ điện có tích hợp hai ổ đỡ từ hướng tâm hai đầu trục thì cần quan tâm đến hiện tượng xen kênh của ổ từ 4 bậc tự do.
Do đó, trong luận án này tác giả đề xuất sử dụng phương pháp điều khiển PD bù trọng trường, tách kênh phi tuyến dựa trên hệ EL đủ cơ cấu chấp hành, áp dụng để điều khiển ổ đỡ từ bốn bậc tự do nhằm cải thiện chất lượng cho hệ thống so với phương pháp điều khiển PID kinh điển.